JP2009517876A - Photocell - Google Patents

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ゼマン,ミロスラフ
ヤン ヨンゲルデン,ゲルト
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ヘリアンソス,ビー.ブイ.
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Abstract

本発明は、半導電性領域(4〜9)の対の間に少なくとも一つの第一の接合部を含んでいる光電池に関する。半導体領域の対のうち少なくとも一つが、第二の物質の形成物をその中に間隔を置いて配置されているところの第一の物質を含んでいる超格子の少なくとも一部を含んでいる。該形成物は十分に小さい寸法を有するので、該超格子の実効バンドギャップが該寸法によって少なくとも部分的に決定される。該半導電性領域間に吸収層が施与され、該吸収層は、輻射を吸収して電荷キャリアの励起をもたらすための物質を含んでおり、該吸収層は該物質自体によって励起準位が決定されるような厚さを有する。該超格子の実効エネルギー帯のうち少なくとも一つおよび該吸収層の物質の励起準位のうち一つが、それぞれ、該吸収層の物質の励起準位のうち少なくとも一つおよび該超格子の実効エネルギー帯に整合するように選択される。
【選択図】図1
The present invention relates to a photovoltaic cell comprising at least one first junction between a pair of semiconductive regions (4-9). At least one of the pair of semiconductor regions includes at least a portion of a superlattice including a first material having a formation of a second material spaced apart therein. Since the formation has a sufficiently small dimension, the effective band gap of the superlattice is at least partially determined by the dimension. An absorbing layer is applied between the semiconducting regions, the absorbing layer including a material for absorbing radiation and causing excitation of charge carriers, the absorbing layer having an excitation level by the material itself. It has a thickness as determined. At least one of the effective energy bands of the superlattice and one of the excitation levels of the material of the absorption layer are respectively at least one of the excitation levels of the material of the absorption layer and the effective energy of the superlattice Selected to match the band.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導電性領域の対の間に少なくとも一つの第一の接合部を含んでいる光電池に関し、この光電池では、該半導電性領域の対のうち少なくとも一つが、第二の物質の形成物をその中に間隔を置いて配置されているところの第一の物質を含んでいる超格子の少なくとも一部を含んでおり、該形成物は十分に小さい寸法を有するので、該超格子の実効バンドギャップが該寸法によって少なくとも部分的に決定され、該半導電性領域間に吸収層が施与され、該吸収層が、輻射を吸収して電荷キャリアの励起をもたらすための物質を含んでおり、該吸収層は該物質自体によって励起準位が決定されるような厚さを有する。 The present invention relates to a photovoltaic cell comprising at least one first junction between a pair of semiconducting regions, wherein at least one of the pair of semiconducting regions is of a second substance. The superlattice includes at least a portion of a superlattice that includes a first material with a formation spaced apart therein, and the formation has a sufficiently small dimension so that the superlattice The effective band gap is determined at least in part by the dimensions, an absorption layer is applied between the semiconductive regions, and the absorption layer includes a material for absorbing radiation and providing charge carrier excitation. The absorption layer has such a thickness that the excitation level is determined by the substance itself.

本発明は、光電池のアレイを製造する方法にも関する。 The invention also relates to a method of manufacturing an array of photovoltaic cells.

本発明は、複数の光電池を含んでいる光起電装置にも関する。 The invention also relates to a photovoltaic device comprising a plurality of photovoltaic cells.

このような光電池、製造方法および光起電装置の例は知られている。特許文献1は、ガラスまたはプラスチックから造られ、透明導電性酸化物の層で被覆された透明基板を含んでいるp−i−n型光電池を記載している。p−層が導電性酸化物層上に形成され、真性層(i−層)がp−層上に形成される。n−層がi−層上に形成され、金属背面接触層がn−層上に形成される。ドープされた層の導電性を減少することなく該層における吸収を下げるために、超格子が使用されてp−層および/またはn−層が形成される。 Examples of such photovoltaic cells, manufacturing methods and photovoltaic devices are known. U.S. Patent No. 6,057,049 describes a pin type photovoltaic cell that includes a transparent substrate made of glass or plastic and covered with a layer of transparent conductive oxide. A p-layer is formed on the conductive oxide layer and an intrinsic layer (i-layer) is formed on the p-layer. An n-layer is formed on the i-layer and a metal back contact layer is formed on the n-layer. In order to reduce absorption in the doped layer without reducing the conductivity of the doped layer, a superlattice is used to form p-layers and / or n-layers.

特許文献2は、バンドギャップが第一の所定の値を有する超格子物質を含んでいる第一の活性領域、バンドギャップが第二の所定の値を有する第二の超格子物質を含んでいる第二の活性領域、ならびに第一および第二の活性領域間を電流が流れることができるように第一および第二の活性領域を電気的に相互接続する手段を含んでいるタンデム太陽電池を記載している。アモルファス超格子は多層状物質であり、これらの層は半導電性または絶縁性の四面体結合されたアモルファス物質の薄板であり、該物質は、四面体結合された元素または当該四面体結合された元素を含有する合金から形成されている。各層は厚さが約1500Å未満である。 Patent Document 2 includes a first active region including a superlattice material having a band gap having a first predetermined value, and a second superlattice material having a band gap having a second predetermined value. Described is a tandem solar cell including a second active region and means for electrically interconnecting the first and second active regions such that current can flow between the first and second active regions is doing. Amorphous superlattices are multi-layered materials, and these layers are thin plates of semi-conductive or insulating tetrahedrally bonded amorphous materials, which are tetrahedrally bonded elements or tetrahedrally bonded elements It is formed from an alloy containing elements. Each layer is less than about 1500 mm thick.

後者の電池の問題点は、それを十分に効率的にするために、活性領域を形成する異なった半導電性物質の層の非常に多くの組み合わせを、それが含んでいなければならないことである。さもなければ、超格子によって形成された活性領域において入射光のわずかな部分のみが吸収されるだろう。しかし、該超格子に追加の層を加えることは、該公知の装置を製造することを高価にするだろう。
米国特許第4,718,947号明細書 米国特許第4,598,164号明細書
The problem with the latter battery is that in order to make it sufficiently efficient, it must contain numerous combinations of different semiconducting material layers that form the active region. is there. Otherwise, only a small part of the incident light will be absorbed in the active region formed by the superlattice. However, adding additional layers to the superlattice would make it expensive to manufacture the known device.
US Pat. No. 4,718,947 U.S. Pat. No. 4,598,164

所定の製造努力に対して比較的高効率な太陽エネルギーの変換をもたらす光電池、製造方法および光起電装置を提供することが本発明の目的である。 It is an object of the present invention to provide a photovoltaic cell, a manufacturing method, and a photovoltaic device that provide solar energy conversion with relatively high efficiency for a given manufacturing effort.

超格子の実効エネルギー帯のうち少なくとも一つおよび吸収層の物質のエネルギー励起準位のうち一つが、それぞれ、該吸収層の物質のエネルギー励起準位のうち少なくとも一つおよび該超格子の実効エネルギー帯に実質的に整合するように選択されることを特徴とする光電池によって、この目的は達成される。 At least one of the effective energy bands of the superlattice and one of the energy excitation levels of the material of the absorption layer are respectively at least one of the energy excitation levels of the material of the absorption layer and the effective energy of the superlattice. This object is achieved by a photovoltaic cell characterized in that it is selected to substantially match the band.

二つの半導電性領域のうち少なくとも一つの第一は、超格子の少なくとも一部を含んでいるので、光電池は比較的高効率にされることができる。超格子の実効バンドギャップは太陽スペクトルの好都合な範囲に一致させられることができる。超格子の個々の層中のいずれの半導体物質の実効バンドギャップとも異なる実効バンドギャップを超格子に付与するために、両物質の形成物の寸法は十分に小さくなければならないという不利点(および十分な輻射を吸収する光電池を造るためには、通常多くの層が堆積されなければならないという不利点)は、輻射を吸収して電荷キャリアの励起をもたらすための物質の層が存在する故に低められる。励起された電荷キャリアは隣接する超格子に移動され、このようにして太陽エネルギーの変換の効率を高める。 Since at least one first of the two semiconductive regions includes at least a portion of the superlattice, the photovoltaic cell can be made relatively efficient. The effective band gap of the superlattice can be matched to a convenient range of the solar spectrum. The disadvantage (and sufficient) that the dimensions of the formation of both materials must be small enough to give the superlattice an effective bandgap that differs from the effective bandgap of any semiconductor material in the individual layers of the superlattice. In order to build a photovoltaic cell that absorbs radiant radiation, the disadvantage that usually many layers must be deposited is reduced because there is a layer of material to absorb the radiation and cause excitation of the charge carriers . Excited charge carriers are moved to adjacent superlattices, thus increasing the efficiency of solar energy conversion.

光電池内で、輻射を吸収して励起された電荷キャリアが生成される機能、それに続く逆極性の電荷キャリアが分離される(p型およびn型ドープ層の存在の故に、対立する電荷は、組み込まれた電場中に反対方向へと引き込まれる。)機能、電荷キャリアの輸送の機能、および分離され輸送された電荷キャリアの収集の機能の間の区別がはっきりされることができる。提案された構造の利点は、機能の分離が達成され、さらに最適化されることができることである。輻射の吸収のための吸収層の物質は、高い吸収係数を有するように特に選択されることができ、他方、超格子を形成する第一および第二の物質、ならびに両物質の形成物の寸法は所望の実効バンドギャップをもたらすように選択される。実効バンドギャップは、超格子中の物質の化学組成および/または構造組成ならびに該物質の形成物の寸法の双方に依存する。輻射を吸収するための吸収層は均一であり、1の処理段階での形成を許し、該層の励起準位は該層の厚さに依存しない。該励起準位は吸収層の化学組成および/またはその成分の相にのみ依存する。 Within the photovoltaic cell, the ability to absorb excited radiation and generate excited charge carriers, followed by the opposite polarity charge carriers are separated (due to the presence of p-type and n-type doped layers, the opposing charges are incorporated A distinction can be made between the function, the function of transporting charge carriers, and the function of collecting separated and transported charge carriers. The advantage of the proposed structure is that functional separation can be achieved and further optimized. The material of the absorption layer for the absorption of radiation can be specifically selected to have a high absorption coefficient, while the dimensions of the first and second materials forming the superlattice, and the formation of both materials Are selected to provide the desired effective band gap. The effective band gap depends on both the chemical and / or structural composition of the material in the superlattice and the dimensions of the material's formation. The absorption layer for absorbing radiation is uniform and allows formation in one processing step, the excitation level of the layer being independent of the thickness of the layer. The excited level depends only on the chemical composition of the absorbing layer and / or the phase of its components.

輻射を吸収するための吸収層の励起準位が実効伝導帯に実質的に一致する場合には、負の電荷キャリアの移動はより効率的である。準位が、たとえば実効伝導帯の下縁の0.2eV以内で、より好ましくは0.1eV未満以内で一致すると、移動後に失われるエネルギーがより少ない。輻射を吸収するための吸収層の物質が、該吸収層に隣接する半導電性領域の実効価電子帯に実質的に一致する、少なくとも1の安定なエネルギー準位を示す場合には、正の電荷キャリアの移動はより効率的である。準位が、たとえば実効価電子帯の上縁の0.2eV以内で、より好ましくは0.1eV未満以内で一致すると、移動後に失われるエネルギーがより少ない。言い換えれば、超格子の実効帯のうち少なくとも一つおよび吸収層の物質の励起準位のうち一つを、それぞれ吸収層の物質の励起準位のうち少なくとも一つおよび超格子の実効帯に実質的に整合するように選択することは、光電池の効率を増加する。超格子の少なくとも1部を含んでいる半導電性領域は、エネルギー選択的輸送層として機能して、輻射を吸収するための吸収層中で生成されたキャリアを取り除く。 When the excitation level of the absorption layer for absorbing radiation substantially matches the effective conduction band, the movement of negative charge carriers is more efficient. Less energy is lost after movement when the levels are matched, for example, within 0.2 eV of the lower edge of the effective conduction band, more preferably within 0.1 eV. If the material of the absorbing layer for absorbing radiation exhibits at least one stable energy level substantially matching the effective valence band of the semiconducting region adjacent to the absorbing layer, The movement of charge carriers is more efficient. When the level matches within 0.2 eV of the upper edge of the effective valence band, more preferably within 0.1 eV, less energy is lost after movement. In other words, at least one of the effective bands of the superlattice and one of the excitation levels of the material of the absorption layer are substantially substituting into at least one of the excitation levels of the material of the absorption layer and the effective band of the superlattice, respectively. Choosing to match consistently increases the efficiency of the photovoltaic cell. A semiconducting region containing at least a portion of the superlattice functions as an energy selective transport layer to remove carriers generated in the absorbing layer for absorbing radiation.

1の実施態様は、接合部によって分離され各対とともに減少する実効バンドギャップを有する一連の半導電性領域の対を含み、その場合に、該半導電性領域のうち少なくとも二つが、超格子と、それに隣接する、輻射を吸収して電荷キャリアの励起をもたらすための物質の吸収層であって、励起準位が該物質自体によって決定されるような厚さを有する吸収層と、を含んでいる。 One embodiment includes a series of semiconductive region pairs separated by a junction and having an effective band gap that decreases with each pair, wherein at least two of the semiconductive regions are superlattices and An absorption layer of a material adjacent to it for absorbing radiation and resulting in excitation of charge carriers, the absorption layer having a thickness such that the excitation level is determined by the material itself, Yes.

このようにして、いわゆるタンデム電池またはマルチ接合電池が提供される。この構成の利点は、これが、太陽スペクトルの異なった範囲をそれぞれの範囲に特に適合化された異なった領域で変換するために使用されることができることである。電荷キャリアの熱化、すなわち光子がその中に吸収されるところの領域の実効バンドギャップよりも高いエネルギーを有する光子の吸収によって電荷キャリアが生成されるときの熱の発生を、これは減少させる。一連の超格子に直接隣接し、輻射を吸収して電荷キャリアの励起をもたらすための物質の吸収層であって、励起準位が該物質自体によって決定されるような厚さを有する吸収層の存在は、輻射が一連中の次の半導電性領域に到達する前に最大限可能な周波数範囲がろ過されることを確実にする。 In this way, so-called tandem batteries or multi-junction batteries are provided. The advantage of this configuration is that it can be used to convert different ranges of the solar spectrum in different regions specifically adapted to the respective ranges. This reduces heat generation when charge carriers are generated by charge carrier thermalization, i.e. absorption of photons having an energy higher than the effective band gap of the region in which the photons are absorbed. An absorption layer of a material directly adjacent to a series of superlattices and having a thickness such that the excitation level is determined by the material itself for absorbing radiation and causing excitation of charge carriers. The presence ensures that the maximum possible frequency range is filtered before the radiation reaches the next semiconductive region in the series.

1の実施態様では、各超格子は異なった半導体物質の層の周期的に繰り返される組み合わせを含んでおり、該層は十分に薄くて、個々の超格子層中のいずれの半導体物質の実効バンドギャップとも異なる実効バンドギャップをその超格子に付与している。 In one embodiment, each superlattice includes a periodically repeated combination of layers of different semiconductor materials, the layers being sufficiently thin that the effective band of any semiconductor material in the individual superlattice layers. An effective band gap different from the gap is given to the superlattice.

別の実施態様、たとえば量子ドット超格子を有する実施態様と比較して、本発明の実施態様は、このような超格子を工業的規模で製造する明確な経路が存在する利点を有する。 Compared to other embodiments, such as embodiments having quantum dot superlattices, the embodiments of the present invention have the advantage that there is a clear path for manufacturing such superlattices on an industrial scale.

1の実施態様では、吸収層は半導電性領域の間に挟まれ、これら半導電性領域は異なった実効バンドギャップを有する。 In one embodiment, the absorber layer is sandwiched between semiconductive regions, which have different effective band gaps.

この実施態様は、吸収層の両面上で生成された電荷キャリアが光電池の効率に寄与することを可能にする。 This embodiment allows charge carriers generated on both sides of the absorbing layer to contribute to the efficiency of the photovoltaic cell.

1の実施態様では、輻射を吸収するための物質は、直接遷移型半導体、有機分子物質およびナノ結晶を含んでいる物質のうち少なくとも一つを含んでいる。 In one embodiment, the material for absorbing radiation includes at least one of a direct transition semiconductor, an organic molecular material, and a material including nanocrystals.

後者の種類の物質は、多相構造を含んでいる物質、たとえば該物質中に規則的に配置されたナノメートルサイズの粒子を有するマトリクスから成る物質を包含する。これらの物質では吸収端面は、粒子のサイズを変えることによって操作されることができ、したがって隣接する超格子の実効バンドギャップにエネルギー的に整合されることができる。これは光電池を比較的高効率にすることに寄与する。有機分子物質は、太陽スペクトルの特定の範囲における吸収を達成することに最も容易に適合可能であり、特定の超格子の実効伝導帯および/または価電子帯に整合するように適合させるのが最も容易である。 The latter type of material includes materials that contain a multiphase structure, for example, materials that consist of a matrix having nanometer-sized particles regularly arranged in the material. In these materials, the absorption edge can be manipulated by changing the size of the particles and can therefore be energetically matched to the effective band gap of the adjacent superlattice. This contributes to making the photovoltaic cell relatively efficient. Organic molecular materials are most easily adaptable to achieve absorption in a specific range of the solar spectrum, and are best adapted to match the effective conduction band and / or valence band of a specific superlattice. Easy.

1の実施態様では、異なったアモルファス半導体物質の層の周期的に繰り返される組み合わせを、超格子は含んでいる。 In one embodiment, the superlattice includes a periodically repeated combination of layers of different amorphous semiconductor materials.

上記の効果は、実質的に格子の不整合による何らかのひずみを回避することである。この理由の故に、アモルファス半導体物質が、積層するのが最も容易である。 The above effect is to avoid any distortion due to lattice mismatch substantially. For this reason, amorphous semiconductor materials are easiest to stack.

1の実施態様では、水素化半導体物質の層の周期的に繰り返される組み合わせを、超格子は含んでいる。 In one embodiment, the superlattice includes a periodically repeated combination of layers of hydrogenated semiconductor material.

上記の効果は、配位欠陥を不動態化することである。 The above effect is to passivate coordination defects.

他の側面に従うと、光電池のアレイを製造する方法は、箔の全長上に物質の層を堆積し、該層のうち少なくとも一つをパターニングして光電池のアレイを形成することを含み、それによって本発明に従う電池のアレイが形成される。 According to another aspect, a method of manufacturing an array of photovoltaic cells includes depositing a layer of material over the entire length of the foil and patterning at least one of the layers to form an array of photovoltaic cells, thereby An array of batteries according to the present invention is formed.

本発明の光電池の構成の故に、堆積される必要がある物質の層がより少なくなり、製造努力の実質的な節減がもたらされる。 Because of the construction of the photovoltaic cell of the present invention, fewer layers of material need to be deposited resulting in substantial savings in manufacturing effort.

好ましくは、製造ライン中の少なくとも一つのステーションにおいて層は堆積され、該製造ラインでは準連続長の箔が各ステーションを通って前進させられる。 Preferably, the layer is deposited at at least one station in the production line, where a quasi-continuous length of foil is advanced through each station.

これは光電池のアレイを製造する好都合な様式である。というのは、所望のアレイが箔から切り離されることができるからである。その上、時間のかかるチャンバーの状態調節が回避され、物質の層の堆積の間の交換時間が、アレイを製造するための全時間から省かれる。 This is a convenient way to produce an array of photovoltaic cells. This is because the desired array can be separated from the foil. Moreover, time-consuming chamber conditioning is avoided and the exchange time between the deposition of the layer of material is omitted from the total time for manufacturing the array.

他の側面に従うと、本発明に従う光起電装置は、本発明に従う光電池の複数を含んでいる。 According to another aspect, a photovoltaic device according to the present invention includes a plurality of photovoltaic cells according to the present invention.

該装置は製造するのが比較的に容易であり、同時に良好なエネルギー変換効率を示す。 The device is relatively easy to manufacture and at the same time exhibits good energy conversion efficiency.

本発明はこれから、添付された図面を参照してさらに詳細に記載される。 The present invention will now be described in further detail with reference to the accompanying drawings.

光電池1が、本発明を例示する必要の限りのみにおいて図1に示される。実際の光起電装置では、光電池を環境から密封するためのプラスチック箔の1以上の層および/またはガラス薄板を包含するさらなる層中に、光電池1はカプセル封入されるだろう。例示された実施態様において、光電池1はタンデム電池、すなわち単セルのスタックである。この場合、スタック中の個々のセルは電気的に直列に接続される。並列接続が代案であるが、より複雑である。 A photovoltaic cell 1 is shown in FIG. 1 only to the extent necessary to illustrate the invention. In an actual photovoltaic device, the photovoltaic cell 1 will be encapsulated in one or more layers of plastic foil and / or additional layers including glass sheets to seal the photovoltaic cell from the environment. In the illustrated embodiment, the photovoltaic cell 1 is a tandem battery, ie a stack of single cells. In this case, the individual cells in the stack are electrically connected in series. Parallel connection is an alternative, but more complex.

例示された光電池1は二端子装置であり、上部電極2および下部電極3を含む。上部電極は透明導電性物質、たとえばSnO(酸化スズ)、ITO(酸化インジウムスズ)、ZnO(酸化亜鉛)、ZnSnO(スズ酸亜鉛)、CdSnO(スズ酸カドミウム)またはInTiO(酸化インジウムチタン)から造られる。下部電極3は金属、たとえばAl(アルミニウム)もしくはAg(銀)、金属合金または透明導電性物質から少なくとも部分的に造られる。1の実施態様では、下部電極3は金属と透明導電性物質との組み合わせから造られ、前者は光電池1の外側に向かって置かれる。 The illustrated photovoltaic cell 1 is a two-terminal device, and includes an upper electrode 2 and a lower electrode 3. The upper electrode is made of a transparent conductive material such as SnO 2 (tin oxide), ITO (indium tin oxide), ZnO (zinc oxide), Zn 2 SnO 4 (zinc stannate), Cd 2 SnO 4 (cadmium stannate) or InTiO (Made of indium titanium oxide). The lower electrode 3 is made at least partly from a metal, for example Al (aluminum) or Ag (silver), a metal alloy or a transparent conductive material. In one embodiment, the lower electrode 3 is made of a combination of a metal and a transparent conductive material, the former being placed towards the outside of the photovoltaic cell 1.

図1の実施態様における光電池1は、半導電性領域4〜9を含んでいる。他の実施態様では、これより少ないまたは多いこのような領域があってもよい。半導電性領域の各対のうち、一方は電子の効率的な輸送領域として機能し、他方は正孔の効率的な輸送領域として機能するように配置される。 The photovoltaic cell 1 in the embodiment of FIG. 1 includes semiconductive regions 4-9. In other embodiments, there may be fewer or more such regions. Of each pair of semiconducting regions, one is arranged to function as an efficient transport region for electrons and the other as an efficient transport region for holes.

図1の実施態様では、半導電性領域4〜9のそれぞれは超格子を含んでいる。超格子に基づいた半導体は従来技術で知られている。本明細書では、超格子の語は公知の二つの変形の両方、すなわち第二の物質の層をその中に間隔を置いて配置されているところの第一の物質の層を含んでおり、双方が十分に薄くてバンドギャップに影響を及ぼす一変形、およびナノ結晶が半導電性層から形成され、ナノ結晶、すなわち量子ドットのサイズが超格子の実効バンドギャップに影響を及ぼす一変形の両方を表すために使用される。後者の種類の超格子の例は、Green,M.A.、「Silicon nanostructures for all−silicon tandem solar cells」、19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition、仏国、パリ、2004年6月7〜11日に、より完全に提示されている。層状の種類の超格子は、本明細書に記載されたより詳細な実施態様に含まれている。 In the embodiment of FIG. 1, each of the semiconductive regions 4-9 includes a superlattice. Semiconductors based on superlattices are known in the prior art. As used herein, the term superlattice includes both of the two known variations, i.e., a layer of a first material having a layer of a second material spaced apart therein, Both a deformation that is both thin enough to affect the band gap, and a deformation in which the nanocrystal is formed from a semiconducting layer and the size of the nanocrystal, ie quantum dot, affects the effective band gap of the superlattice Used to represent Examples of the latter type of superlattice are described in Green, M .; A. , "Silicon nanostructures for all-silicon tandem solar cells", 19th European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition, French, 7th, 2004, 6th, 2004 Layered types of superlattices are included in the more detailed embodiments described herein.

層状超格子は、ウェル(井戸)と呼ばれる低いバンドギャップの半導体物質の層と、バリア(障壁)と呼ばれる広いバンドギャップ物質の層との周期的に繰り返される組み合わせを含んでいる。したがって、図1において、第一の半導電性領域4は、第一のバリア層10a〜10cと第一のウェル層11a〜11cとの繰り返される組み合わせを含んでいる。第二の半導電性領域5は、第二のバリア層12a〜12cと第二のウェル層13a〜13cとの繰り返される組み合わせを含んでおり、他方、第三の半導電性領域6は、第三のバリア層14a〜14cと第三のウェル層15a〜15cとの繰り返される組み合わせを含んでいる。第四、第五および第六の半導電性領域7〜9は、それぞれ第四、第五および第六のバリア層16a〜16c、17a〜17cおよび18a〜18cを、それぞれ第四、第五および第六のウェル層19a〜19c、20a〜20cおよび21a〜21cと交互に含んでいる。層10〜21の厚さの値は1〜2nmの範囲に、少なくとも10nm未満の範囲にある。半導電性領域4〜9のそれぞれは、一百nmの台、少なくとも200nm未満の全厚さを有する。 A layered superlattice includes a periodically repeated combination of a layer of a low bandgap semiconductor material called a well and a layer of a wide bandgap material called a barrier. Accordingly, in FIG. 1, the first semiconductive region 4 includes a repeated combination of the first barrier layers 10a to 10c and the first well layers 11a to 11c. The second semiconductive region 5 includes repeated combinations of the second barrier layers 12a-12c and the second well layers 13a-13c, while the third semiconductive region 6 It includes a repeated combination of the third barrier layers 14a-14c and the third well layers 15a-15c. The fourth, fifth and sixth semiconductive regions 7-9 are respectively the fourth, fifth and sixth barrier layers 16a-16c, 17a-17c and 18a-18c, respectively, the fourth, fifth and The sixth well layers 19a to 19c, 20a to 20c, and 21a to 21c are alternately included. The thickness values of the layers 10 to 21 are in the range of 1-2 nm and at least in the range of less than 10 nm. Each of the semiconductive regions 4-9 has a total thickness of the order of one hundred nm, at least less than 200 nm.

図1の実施例の層10〜21は水素化またはフッ素化アモルファス半導電性物質から造られる。好適な例は水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)、水素化アモルファスシリコンゲルマニウム(a−SiGe:H)、水素化アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC:H)、水素化アモルファスシリコンナイトライド(a−SiN:H)および水素化アモルファスシリコンオキサイド(a−SiO:H)を含む。a−Si:Hのバンドギャップは堆積条件に依存し、1.6eV〜1.9eVで様々である。a−Si:Hを炭素、酸素または窒素で合金化すると、合金のバンドギャップが広がり、他方、ゲルマニウムを添加するとバンドギャップが下がる。a−Si:Hおよびa−SiGe:Hをウェル、すなわちウェル層11、13、15、19、21の物質として使用し、ならびにa−SiC:H、a−SiN:Hまたはa−SiO:Hをバリア、すなわちバリア層10、12、14、16、18の物質として使用することによって、好適な実施態様が造られることができる。a−Si:Hに基づいた層の非周期的構造および水素が配位欠陥を不動態化する能力は、結晶質超格子の場合には当てはまる格子整合のための厳格な要件を取り除く。 The layers 10-21 of the embodiment of FIG. 1 are made from a hydrogenated or fluorinated amorphous semiconductive material. Suitable examples are hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), hydrogenated amorphous silicon germanium (a-SiGe: H), hydrogenated amorphous silicon carbide (a-SiC: H), hydrogenated amorphous silicon nitride (a -SiN: H) and hydrogenated amorphous silicon oxide (a-SiO: H). The band gap of a-Si: H depends on the deposition conditions and varies from 1.6 eV to 1.9 eV. When a-Si: H is alloyed with carbon, oxygen or nitrogen, the band gap of the alloy widens, while when germanium is added, the band gap decreases. a-Si: H and a-SiGe: H are used as materials for the well, ie well layers 11, 13, 15, 19, 21 and a-SiC: H, a-SiN: H or a-SiO: H Can be used as a material for the barrier, ie barrier layers 10, 12, 14, 16, 18; The aperiodic structure of layers based on a-Si: H and the ability of hydrogen to passivate coordination defects removes the stringent requirements for lattice matching that applies in the case of crystalline superlattices.

超格子を形成するために、いくつかの手法の1以上が使用されることができる。これらの手法は化学気相成長法、反応性(共)スパッタリング法および反応性(共)蒸発法等を包含する。例示された実施例を製造するために好都合な手法はプラズマ化学気相成長法(PECVD)である。シランのようなケイ素源搬送ガスに適当なガスを添加することによって、a−Si:Hの合金化が容易に達成されることができるので、この手法は好都合である。格子整合されてもなくエピタキシャルでもないが、それでもなお欠陥が本質的になく原子的にほとんど急峻である界面を有する超格子が組み立てられることができることが実証された。 One or more of several techniques can be used to form a superlattice. These techniques include chemical vapor deposition, reactive (co) sputtering and reactive (co) evaporation. A convenient technique for producing the illustrated embodiment is plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). This approach is advantageous because a-Si: H alloying can be easily achieved by adding a suitable gas to a silicon source carrier gas such as silane. It has been demonstrated that superlattices can be fabricated that have interfaces that are neither lattice matched nor epitaxial, but still essentially free of defects and almost steep in atoms.

隣接する半導電性領域4〜9の別々の対は、N型およびP型領域を含んでいるトンネル再結合接合部22、23によって分離されている。トンネル再結合接合部22、23は内部直列接続を提供し、そこで、隣接する半導電性領域の対から到達する対立電荷キャリアの再結合が起きる。トンネル再結合接合を形成する層を通ってのキャリアのトンネル作用は、該再結合を促進する。光生成されたキャリアの有効な再結合は、該接合部の中心部における欠陥状態を通して起きる。該接合部の中心部における光生成されたキャリアの再結合は、太陽電池内に電流の流れを保つ。 Separate pairs of adjacent semiconductive regions 4-9 are separated by tunnel recombination junctions 22, 23 that include N-type and P-type regions. The tunnel recombination junctions 22, 23 provide an internal series connection, where recombination of opposite charge carriers arriving from adjacent pairs of semiconductive regions occurs. The tunneling of carriers through the layers forming the tunnel recombination junction facilitates the recombination. Effective recombination of photogenerated carriers occurs through defect states in the center of the junction. The recombination of photogenerated carriers at the center of the junction keeps the current flow in the solar cell.

半導電性領域のそれぞれの対のうち、一方は正孔の効率的な輸送領域として機能し、他方は電子の効率的な輸送領域として機能する。図1の例示された実施態様では、N型半導体領域およびP型半導体領域、すなわちトンネル再結合接合部22、23の一部を形成するドープされた半導体領域に、超格子は付着される。該ドープされた領域が超格子を含んでいてもよいことが注記される。 Of each pair of semiconductive regions, one functions as an efficient transport region for holes and the other functions as an efficient transport region for electrons. In the illustrated embodiment of FIG. 1, superlattices are deposited in N-type and P-type semiconductor regions, ie, doped semiconductor regions that form part of the tunnel recombination junctions 22,23. It is noted that the doped region may include a superlattice.

周知のように、ドープされた層からの大部分の電荷キャリアの外部拡散によって形成された、別様にドープされた半導体中の空間電荷は、内部電場を生じる。励起によって生成された可動電荷キャリアの分離を、これは引き起こす。第一および第二の半導電性領域4、5の組み合わせは、太陽スペクトルの第一の範囲内の太陽エネルギーを変換し、第三および第四の半導電性領域6、7の組み合わせは、太陽スペクトルの第二の、異なっているがひょっとすると重なり合う領域を変換し、第五および第六の半導電性領域8、9の組み合わせは、さらに他の範囲を変換する。トンネル再結合接合部22、23は、三対の半導電性領域が直列に電気接続されていることを確実にする。 As is well known, space charges in otherwise doped semiconductors formed by the outdiffusion of most charge carriers from the doped layer produce an internal electric field. This causes separation of mobile charge carriers generated by excitation. The combination of the first and second semiconductive regions 4, 5 converts solar energy within the first range of the solar spectrum, and the combination of the third and fourth semiconductive regions 6, 7 The second, different but possibly overlapping region of the spectrum is transformed, and the combination of the fifth and sixth semiconducting regions 8, 9 transforms yet another range. The tunnel recombination junctions 22, 23 ensure that the three pairs of semiconductive regions are electrically connected in series.

半導電性領域4〜9は、漸次減少する実効バンドギャップを有する。したがって、第一および第二の半導電性領域4、5は、より大きい実効バンドギャップを有し、その結果、太陽スペクトルのより高い(周波数)範囲にある光子を捕捉する。中間の半導電性領域6、7は、太陽スペクトルの中間の範囲にある実効バンドギャップを有する。より低い半導電性領域8、9は、太陽スペクトルのより低い範囲にある実効バンドギャップを有する。上部半導電性領域4、5は、上部電極2に最も近く置かれる。使用中、上部電極2は入射光に曝露され、入射光はこのようにして半導電性領域4〜9中を、減少する実効バンドギャップの順番に通過する。電荷キャリアの熱化が抑制される故に、太陽エネルギー変換の改良された効率を、この配置はもたらす。 The semiconductive regions 4-9 have an effective band gap that gradually decreases. Thus, the first and second semiconducting regions 4, 5 have a larger effective band gap and consequently capture photons in the higher (frequency) range of the solar spectrum. The middle semiconductive regions 6, 7 have an effective band gap in the middle range of the solar spectrum. The lower semiconductive regions 8, 9 have an effective band gap in the lower range of the solar spectrum. The upper semiconductive regions 4 and 5 are placed closest to the upper electrode 2. In use, the upper electrode 2 is exposed to incident light, and the incident light thus passes through the semiconductive regions 4-9 in order of decreasing effective band gap. This arrangement provides improved efficiency of solar energy conversion because charge carrier thermalization is suppressed.

半導電性領域4〜9の上部、中間および下部の対の中間に、輻射を吸収するための物質の第一、第二および第三の吸収層24〜26をそれぞれ挿入した結果として、入射輻射の吸収の大部分は該吸収層によって占められる。したがって、ウェル層およびバリア層の量を低減することによって、半導電性領域の厚さは限定されることができ、これは製造の観点から好都合である。輻射を吸収するための物質の吸収層24〜26は、対を形成するそれぞれの超格子に隣接する。これらの組成によってその励起準位が決定されるような厚さを、該吸収層は有する。該厚さの好適な値は、約50nmの範囲に、好ましくは約10nmの範囲にある。 As a result of inserting first, second and third absorption layers 24 to 26 of material for absorbing radiation in the middle of the upper, middle and lower pairs of semiconductive regions 4 to 9, respectively, incident radiation Most of the absorption of is taken up by the absorption layer. Thus, by reducing the amount of well layers and barrier layers, the thickness of the semiconductive region can be limited, which is advantageous from a manufacturing standpoint. Absorbing layers 24-26 of material for absorbing radiation are adjacent to each superlattice forming a pair. The absorption layer has such a thickness that the excitation level is determined by these compositions. A suitable value for the thickness is in the range of about 50 nm, preferably in the range of about 10 nm.

吸収層24〜26は、直接遷移型半導体物質を含んでいてもよい。このような物質は10〜10cm−1の比較的高い吸収係数を有し、その結果、吸収層24〜26は薄く保たれることができる。たとえば、2.45eVのバンドギャップを有するCdSは、500nmにおいて約10cm−1の吸収係数を有し、Cu(In,Ga)(Se,S)は、このバンドギャップが1.0〜1.7eVの広い範囲で様々であることができ、このエネルギー範囲において10〜10cm−1の吸収係数を有する。吸収は、価電子帯から伝導帯への電子の励起が関係する。比較的高い吸収係数も、選択肢の一つである、すなわち有機分子物質の特徴である。本明細書に記載された実施例において、このような物質が使用される。有機分子物質中では、励起された電荷キャリアは普通、励起子と呼ばれる。好適な有機分子物質はポルフィリンおよびフタロシアニンを包含する。これらは、それぞれ約2.9eVおよび1.77eVの光子エネルギー準位に相当する周波数を中心として狭い吸収帯を有する。特にフタロシアニン分子は化学的に非常に安定であり、真空蒸発によって堆積されることができる。吸収層24〜26中の該物質の励起準位は、これらが隣接する超格子の実効バンドに整合することが許されるように選択される。これらのバンドギャップは薄層10〜21の寸法によって巧みに設計されることができるので、このような整合は比較的高い精度で達成されることができる。 The absorption layers 24 to 26 may include a direct transition type semiconductor material. Such materials have a relatively high absorption coefficient of 10 4 to 10 6 cm −1 , so that the absorption layers 24 to 26 can be kept thin. For example, CdS having a band gap of 2.45 eV has an absorption coefficient of about 10 5 cm −1 at 500 nm, and Cu (In, Ga) (Se, S) 2 has a band gap of 1.0˜ It can vary over a wide range of 1.7 eV and has an absorption coefficient of 10 4 to 10 5 cm −1 in this energy range. Absorption involves the excitation of electrons from the valence band to the conduction band. A relatively high absorption coefficient is also an option, i.e. a characteristic of organic molecular substances. Such materials are used in the examples described herein. In organic molecular materials, excited charge carriers are commonly referred to as excitons. Suitable organic molecular materials include porphyrins and phthalocyanines. They have narrow absorption bands centered at frequencies corresponding to photon energy levels of about 2.9 eV and 1.77 eV, respectively. In particular, phthalocyanine molecules are chemically very stable and can be deposited by vacuum evaporation. The excited levels of the material in the absorbing layers 24-26 are selected so that they are allowed to match the effective band of the adjacent superlattice. Since these band gaps can be engineered with the dimensions of the thin layers 10-21, such alignment can be achieved with relatively high accuracy.

吸収層24〜26中の電荷キャリアは、隣接する超格子の実効伝導帯の下方境界以上の準位へ励起される。これは電荷キャリアの超格子への移動を比較的高い効率で許す。電荷キャリアが伝導帯へ移動される際に被る熱化損失が低い故に、該効率は高い。整合は、好ましくは1電子ボルトの十分の一の範囲内の値、たとえば0.1または0.2eVの値まで精密である。分子物質中で、電荷キャリアは最低非占有分子軌道(LUMO)まで励起され、これはしたがって隣接する超格子の実効伝導帯の下方境界に整合する。好ましくは、そこから電荷キャリアが励起されるところの状態(この状態は、輻射を吸収するための分子物質中の最高占有分子軌道(HOMO)と呼ばれる。)は、実効価電子帯に、少なくともその上限に同じ精度までで整合する。 The charge carriers in the absorption layers 24 to 26 are excited to a level above the lower boundary of the effective conduction band of the adjacent superlattice. This allows charge carriers to move to the superlattice with relatively high efficiency. The efficiency is high because of the low heat loss that is incurred when charge carriers are moved to the conduction band. The alignment is preferably precise to a value within a tenth of one electron volt, for example a value of 0.1 or 0.2 eV. In molecular material, charge carriers are excited to the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO), which is therefore aligned with the lower boundary of the effective conduction band of the adjacent superlattice. Preferably, the state from which the charge carriers are excited (this state is called the highest occupied molecular orbital (HOMO) in the molecular material for absorbing radiation) is at least in the effective valence band. Matches the upper limit to the same accuracy.

図2は、光電池1の一般概念をエネルギー線図によって示す。第一および第二の吸収層27、28は超格子29〜32の一部に隣接する。超格子29〜32は、実質的に真性半導電性物質の特性を有する。これらは、隣接する吸収層27、28の安定準位または励起準位に実質的に整合された伝導帯または価電子帯を有するエネルギー選択的輸送層を形成する。実際、図2に示されたように、超格子30、32の伝導帯は、隣接する吸収層27、28の励起準位のわずかに下にあり、他方、超格子29、31の価電子帯は、隣接する吸収層27、28の安定準位のわずかに上にある。 FIG. 2 shows the general concept of the photovoltaic cell 1 with an energy diagram. The first and second absorption layers 27 and 28 are adjacent to a part of the superlattices 29 to 32. The superlattices 29 to 32 have substantially the characteristics of an intrinsic semiconductive material. These form an energy selective transport layer having a conduction band or a valence band that is substantially matched to the stable or excited levels of the adjacent absorbing layers 27, 28. In fact, as shown in FIG. 2, the conduction band of the superlattices 30 and 32 is slightly below the excitation level of the adjacent absorption layers 27 and 28, while the valence band of the superlattices 29 and 31. Is slightly above the stable level of the adjacent absorption layers 27, 28.

第一の吸収層27に隣接する超格子30の一部および第二の吸収層28に隣接する超格子31の一部は、異なった実効バンドギャップを有する半導電性領域を形成する。超格子29〜32のうちの一つの一部が電子または正孔の有効な輸送として機能するか否かは、三つのトンネル再結合接合部33〜35のうちの一つの隣接半導電性領域の性質によって決定される。トンネル再結合接合部33〜35は、それぞれ一対の半導電性層を含んでおり、そのうちの一方はドープされてP型半導電性層にされ、他方はN型半導電性層にされる。トンネル再結合接合部の機能は、超格子29〜32のそれぞれと統合された吸収層27、28との間の直列接続を与えること、および光電池1の活性領域内に内部電場を構成することである。 A part of the superlattice 30 adjacent to the first absorption layer 27 and a part of the superlattice 31 adjacent to the second absorption layer 28 form semiconductive regions having different effective band gaps. Whether a part of one of the superlattices 29 to 32 functions as an effective transport of electrons or holes depends on whether one of the three tunnel recombination junctions 33 to 35 is adjacent to the semiconductive region. Determined by nature. Each of the tunnel recombination junctions 33 to 35 includes a pair of semiconductive layers, one of which is doped into a P-type semiconductive layer and the other is an N-type semiconductive layer. The function of the tunnel recombination junction is to provide a series connection between each of the superlattices 29-32 and the absorbing layers 27, 28 integrated and to construct an internal electric field in the active region of the photovoltaic cell 1. is there.

図3は、光電池1の図2の一般概念の一変形をエネルギー線図によって示す。この場合にも、第一および第二の吸収層27、28は超格子29〜32の一部に隣接する。しかし、単一対の超格子29〜32は図3の実施態様において異なっている。一対内において異なった実効バンドギャップを有するように、超格子29〜32は選択される。超格子29中で励起された負の電荷キャリアは、トンネル再結合接合部34に向かって強制的に送られ、他方、超格子30中で励起された正の電荷キャリアは、トンネル再結合接合部33に向かって送られるように、バンドギャップは設計される。 FIG. 3 shows a variation of the general concept of FIG. Also in this case, the first and second absorption layers 27 and 28 are adjacent to a part of the superlattices 29 to 32. However, the single pair of superlattices 29-32 are different in the embodiment of FIG. The superlattices 29 to 32 are selected so as to have different effective band gaps within the pair. Negative charge carriers excited in the superlattice 29 are forced towards the tunnel recombination junction 34, while positive charge carriers excited in the superlattice 30 are forced into the tunnel recombination junction. The band gap is designed to be sent towards 33.

図4は、これまで説明されてきた太陽電池1の構成を有する太陽電池のアレイを製造するための製造ライン36を示す。この実施例における製造ライン36は二つのステーション37〜38を含んでおり、これらを通して箔の全長が前進させられる。第一のロール39から第二のロール40に箔が移動されるときに、太陽電池のアレイは該箔上に形成される。二つのステーション37、38は、これらよりも多くがあることもできるので、例示のためのみである。特にPECVDが使用される場合には、箔の通路に沿って置かれた一つ以上のステーション37、38において層10〜21、24〜26を相次いで形成することによって、太陽電池は非常に効率的に製造されることができる。レーザーまたは他の切削技術を使用して、パターニングが施与されて、個々の電池が形成される。第一および第二のロール38、39を使用する故に、ロール39、40の最大実施可能な直径によって主に制限されて、準連続製造が可能になる。さらなる処理、たとえばプラスチック保護層の施与、裏張層の除去等の後に、箔の全長から好適なサイズのアレイが形成されることができる。アレイはそれから、適当なコネクタおよび任意的な付加回路を含んでいる光起電装置中へと取り込まれる。スペクトル選択的吸収物質の吸収帯に整合するように設計された実効バンドギャップを有する超格子と併せて、該物質のユニットを使用することは、とりわけタンデム電池の構成に使用することは、光起電装置を高効率にしかつそれを製造するのが比較的複雑ではないものにする。 FIG. 4 shows a production line 36 for producing an array of solar cells having the configuration of the solar cell 1 described so far. The production line 36 in this embodiment includes two stations 37-38 through which the entire length of the foil is advanced. As the foil is moved from the first roll 39 to the second roll 40, an array of solar cells is formed on the foil. The two stations 37, 38 can be more than these and are for illustration only. Solar cells are very efficient by forming layers 10-21, 24-26 one after another at one or more stations 37, 38 placed along the path of the foil, especially when PECVD is used. Can be manufactured automatically. Patterning is applied using laser or other cutting techniques to form individual cells. Because of the use of the first and second rolls 38, 39, quasi-continuous production is possible, limited primarily by the maximum possible diameter of the rolls 39, 40. After further processing, such as application of a plastic protective layer, removal of the backing layer, etc., an array of suitable sizes can be formed from the entire length of the foil. The array is then incorporated into a photovoltaic device containing appropriate connectors and optional additional circuitry. Using a unit of the material in combination with a superlattice with an effective band gap designed to match the absorption band of the spectrally selective absorbing material, especially for use in tandem battery construction, Making the electrical device highly efficient and making it relatively uncomplicated.

本発明は上記の実施態様に限定されず、添付された特許請求の範囲の範囲内で様々であることができる。たとえば、輻射を吸収するための物質の吸収帯は部分的に重なり合うことができる。また、輻射をスペクトル選択的に吸収するための層に隣接する半導電性領域の各対のうちの一つが、超格子を含んでいる代わりに、無機の、直接遷移型または間接遷移型の半導電性物質から造られる実施態様も可能である。さらに、マルチ接合電池を形成する半導電性領域の対は、無機半導電性物質の層によって分離されてもよく、またはこのような層は電極と超格子との間に施与されてもよい。 The invention is not limited to the embodiments described above but may vary within the scope of the appended claims. For example, the absorption bands of materials for absorbing radiation can partially overlap. Also, one of each pair of semiconducting regions adjacent to a layer for spectrally absorbing radiation is not directly superlattice, but instead of an inorganic, direct transition or indirect transition half. Embodiments made from conductive materials are also possible. Further, the pair of semiconductive regions forming the multi-junction battery may be separated by a layer of inorganic semiconductive material, or such a layer may be applied between the electrode and the superlattice. .

光電池の実施例の構成を示す、正確な縮尺ではない概略図である。It is the schematic which is not the exact scale which shows the structure of the Example of a photovoltaic cell. 光電池の一変形を示すエネルギー線図である。It is an energy diagram which shows one deformation | transformation of a photovoltaic cell. 光電池の他の一変形を示すエネルギー線図である。It is an energy diagram which shows another modification of a photovoltaic cell. 光電池のアレイを製造するための製造ラインを示す概略図である。It is the schematic which shows the manufacturing line for manufacturing the array of a photovoltaic cell.

Claims (11)

半導電性領域(4〜9)の対の間に少なくとも一つの第一の接合部を含んでいる光電池であって、該半導電性領域の対のうちの少なくとも一つが、第二の物質の形成物をその中に間隔を置いて配置されているところの第一の物質を含んでいる超格子の少なくとも一部を含んでおり、該形成物は、該超格子の実効エネルギー帯間の実効バンドギャップが該成形物の寸法によって少なくとも部分的に決定されるように十分に小さい寸法を有し、該半導電性領域間に吸収層(24〜26)が備えられ、該吸収層が、輻射を吸収して電荷キャリアの励起をもたらすための物質を含んでおり、該吸収層は該物質自体によって励起準位が決定されるような厚さを有する光電池において、
該超格子の実効エネルギー帯のうちの少なくとも一つおよび該吸収層の物質の励起準位のうちの一つが、それぞれ、該吸収層の物質の励起準位のうちの少なくとも一つおよび該超格子の実効エネルギー帯に整合するように選択されていることを特徴とする、光電池。
A photovoltaic cell comprising at least one first junction between a pair of semiconductive regions (4-9), wherein at least one of the pair of semiconductive regions is of a second material Including at least a portion of a superlattice including a first material having a formation spaced apart therein, the formation comprising an effective energy band between the effective energy bands of the superlattice. Having a dimension that is sufficiently small so that a band gap is determined at least in part by the dimensions of the molding, and an absorption layer (24-26) is provided between the semiconductive regions, the absorption layer comprising radiation A photovoltaic cell having a thickness such that an excitation level is determined by the substance itself,
At least one of the effective energy bands of the superlattice and one of the excitation levels of the material of the absorption layer are at least one of the excitation levels of the material of the absorption layer and the superlattice, respectively. A photovoltaic cell selected to match the effective energy band of
接合部によって分離されかつ各対とともに減少する実効バンドギャップを有する半導電性領域(4〜9)の一連の対を含み、該半導電性領域(4〜9)のうちの少なくとも二つが、超格子と、それに隣接する、輻射を吸収して電荷キャリアの励起をもたらすための物質の層(24〜26)であって、励起準位が該物質自体によって決定されるような厚さを有する層(24〜26)と、を含んでいる、請求項1に従う光電池。 Comprising a series of pairs of semiconducting regions (4-9) separated by a junction and having an effective band gap that decreases with each pair, wherein at least two of the semiconducting regions (4-9) are super A lattice and a layer of material (24-26) adjacent to it for absorbing radiation and causing charge carrier excitation, having a thickness such that the excitation level is determined by the material itself The photovoltaic cell according to claim 1, comprising: (24-26). 各超格子が異なった半導体物質の層(10〜21)の周期的に繰り返される組み合わせを含んでおり、超格子の個々の層中のいずれの半導体物質の実効バンドギャップとも異なる実効バンドギャップを該超格子に付与すべく十分に該層が薄い、請求項1または2に従う光電池。 Each superlattice includes a periodically repeated combination of layers (10-21) of different semiconductor materials, and has an effective bandgap that is different from the effective bandgap of any semiconductor material in the individual layers of the superlattice. Photovoltaic cell according to claim 1 or 2, wherein the layer is thin enough to be applied to the superlattice. 超格子が真性半導電性物質から構成され、光電池がさらに、該光電池内に内部電場を生じるように配置された、別様にドープされたN型およびP型半導電性領域の少なくとも一対を含んでいる、請求項1〜3のいずれか1項に従う光電池。 The superlattice is composed of an intrinsic semiconducting material, and the photovoltaic cell further includes at least a pair of separately doped N-type and P-type semiconducting regions arranged to generate an internal electric field within the photovoltaic cell. The photovoltaic cell according to any one of claims 1 to 3. 吸収層が当該半導電性領域の間に挟まれ、当該半導電性領域が互に異なった実効バンドギャップを有している、請求項1〜4のいずれか1項に従う光電池。 The photovoltaic cell according to claim 1, wherein an absorption layer is sandwiched between the semiconductive regions, and the semiconductive regions have different effective band gaps. 輻射を吸収するための該物質が、直接半導体、有機分子物質およびナノ結晶を含んでいる物質のうち少なくとも一つを含んでいる、請求項1〜5のいずれか1項に従う光電池。 The photovoltaic cell according to claim 1, wherein the substance for absorbing radiation contains at least one of a substance containing a direct semiconductor, an organic molecular substance and a nanocrystal. 超格子が、異なったアモルファス半導体物質の層(10〜21)の周期的に繰り返される組み合わせを含んでいる、請求項1〜6のいずれか1項に従う光電池。 Photovoltaic cell according to any one of the preceding claims, wherein the superlattice comprises a periodically repeated combination of layers (10-21) of different amorphous semiconductor materials. 超格子が、水素化半導体物質の層(10〜21)の周期的に繰り返される組み合わせを含んでいる、請求項1〜7のいずれか1項に従う光電池。 Photovoltaic cell according to any one of the preceding claims, wherein the superlattice comprises a periodically repeated combination of layers (10-21) of hydrogenated semiconductor material. 箔のある長さ上に物質の層(10〜26)を堆積し、該層のうちの少なくともいくつかをパターニングして光電池(1)のアレイを形成することを含み、それによって請求項1〜8のいずれか1項に従う電池のアレイが形成される、光電池のアレイを製造する方法。 Depositing a layer of material (10-26) over a length of foil and patterning at least some of the layers to form an array of photovoltaic cells (1), thereby comprising A method of manufacturing an array of photovoltaic cells, wherein an array of cells according to any one of 8 is formed. 層が、製造ライン(18)中のステーション(19、20)の少なくとも一つにおいて堆積され、半連続的な長さの箔が各ステーション(19、20)を通って前進させられる、請求項9に従う方法。 The layer is deposited at at least one of the stations (19, 20) in the production line (18) and a semi-continuous length of foil is advanced through each station (19, 20). How to follow. 請求項1〜8のいずれか1項に従う光電池(1)の複数を含んでいる光起電装置。 Photovoltaic device comprising a plurality of photovoltaic cells (1) according to any one of claims 1-8.
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